C++11 在運行時索引元組而不使用開關的方法

Question

我有一段 c++11 代碼類似如下：

switch(var) {
   case 1: dosomething(std::get<1>(tuple));
   case 2: dosomething(std::get<2>(tuple));
   ...
}

有什么辦法可以去掉這個大開關嗎？ 請注意， get<var>不起作用，因為 var 不是常量，但我知道 var 在小范圍內，即 (0-20)。

請注意，這里的重點是避免使用導致數組查找的數組......

編輯：

關於性能問題，有一個討論Performance of functions array over if and switch statements

為了我自己的目的，我不爭論哪個更好。

Answer 1

這是一個不使用索引序列的版本：

template <size_t I>
struct visit_impl
{
    template <typename T, typename F>
    static void visit(T& tup, size_t idx, F fun)
    {
        if (idx == I - 1) fun(std::get<I - 1>(tup));
        else visit_impl<I - 1>::visit(tup, idx, fun);
    }
};

template <>
struct visit_impl<0>
{
    template <typename T, typename F>
    static void visit(T& tup, size_t idx, F fun) { assert(false); }
};

template <typename F, typename... Ts>
void visit_at(std::tuple<Ts...> const& tup, size_t idx, F fun)
{
    visit_impl<sizeof...(Ts)>::visit(tup, idx, fun);
}

template <typename F, typename... Ts>
void visit_at(std::tuple<Ts...>& tup, size_t idx, F fun)
{
    visit_impl<sizeof...(Ts)>::visit(tup, idx, fun);
}

演示

Answer 2

這是一個沒有遞歸的難以理解的泛型實現。 我不認為我會在生產中使用它——它是只寫代碼的一個很好的例子——但有趣的是它可以做到。 （演示）：

#include <array>
#include <cstddef>
#include <initializer_list>
#include <tuple>
#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

template <std::size_t...Is> struct index_sequence {};

template <std::size_t N, std::size_t...Is>
struct build : public build<N - 1, N - 1, Is...> {};

template <std::size_t...Is>
struct build<0, Is...> {
    using type = index_sequence<Is...>;
};

template <std::size_t N>
using make_index_sequence = typename build<N>::type;

template <typename T>
using remove_reference_t = typename std::remove_reference<T>::type;

namespace detail {
template <class Tuple, class F, std::size_t...Is>
void tuple_switch(const std::size_t i, Tuple&& t, F&& f, index_sequence<Is...>) {
  [](...){}(
    (i == Is && (
       (void)std::forward<F>(f)(std::get<Is>(std::forward<Tuple>(t))), false))...
  );
}
} // namespace detail

template <class Tuple, class F>
void tuple_switch(const std::size_t i, Tuple&& t, F&& f) {
  static constexpr auto N =
    std::tuple_size<remove_reference_t<Tuple>>::value;

  detail::tuple_switch(i, std::forward<Tuple>(t), std::forward<F>(f),
                       make_index_sequence<N>{});
}

constexpr struct {
  template <typename T>
  void operator()(const T& t) const {
      std::cout << t << '\n';
  }
} print{};

int main() {

  {
    auto const t = std::make_tuple(42, 'z', 3.14, 13, 0, "Hello, World!");

    for (std::size_t i = 0; i < std::tuple_size<decltype(t)>::value; ++i) {
      tuple_switch(i, t, print);
    }
  }

  std::cout << '\n';

  {
    auto const t = std::array<int, 4>{{0,1,2,3}};
    for (std::size_t i = 0; i < t.size(); ++i) {
      tuple_switch(i, t, print);
    }
  }
}

Answer 3

這是可能的，但它非常丑陋：

#include <tuple>
#include <iostream>

template<typename T>
void doSomething(T t) { std::cout << t << '\n';}

template<int... N>
struct Switch;

template<int N, int... Ns>
struct Switch<N, Ns...>
{
  template<typename... T>
    void operator()(int n, std::tuple<T...>& t)
    {
      if (n == N)
        doSomething(std::get<N>(t));
      else
        Switch<Ns...>()(n, t);
    }
};

// default
template<>
struct Switch<>
{
  template<typename... T>
    void operator()(int n, std::tuple<T...>& t) { }
};

int main()
{
  std::tuple<int, char, double, int, int, const char*> t;
  Switch<1, 2, 4, 5>()(4, t);
}

只需在Switch的模板參數列表中列出原始switch中的case標簽的每個常量。

為了編譯， doSomething(std::get<N>(t))必須是Switch的參數列表中每個N的有效表達式......但switch語句也是如此。

對於少數情況，它編譯為與switch相同的代碼，我沒有檢查它是否可以擴展到大量情況。

如果您不想在Switch<1, 2, 3, 4, ... 255>輸入每個數字，那么您可以創建一個std::integer_sequence然后使用它來實例化Switch ：

template<size_t... N>
Switch<N...>
make_switch(std::index_sequence<N...>)
{
  return {};
}

std::tuple<int, char, double, int, int, const char*> t;
make_switch(std::make_index_sequence<4>{})(3, t);

這將創建一個Switch<0,1,2,3>因此如果您不想要0情況，您需要操作index_sequence ，例如，這會從列表的前面砍掉零：

template<size_t... N>
Switch<N...>
make_switch(std::index_sequence<0, N...>)
{
  return {};
}

不幸的是 GCC 在嘗試編譯make_index_sequence<255>時崩潰，因為它涉及太多遞歸並使用太多內存，並且 Clang 默認也拒絕它（因為它的-ftemplate-instantiation-depth默認值非常低）所以這不是'一個非常實用的解決方案！

Answer 4

無需在 c++17 中獲取所有 cray cray。

// Calls your func with tuple element.
template <class Func, class Tuple, size_t N = 0>
void runtime_get(Func func, Tuple& tup, size_t idx) {
    if (N == idx) {
        std::invoke(func, std::get<N>(tup));
        return;
    }

    if constexpr (N + 1 < std::tuple_size_v<Tuple>) {
        return runtime_get<Func, Tuple, N + 1>(func, tup, idx);
    }
}

和運行時tuple_element好玩。

// Calls your func with a pointer to the type.
// Uses a pointer so the element is not initialized.
template <class Tuple, class Func, size_t N = 0>
void runtime_tuple_element(Func func, size_t idx) {
    if (N == idx) {
        std::tuple_element_t<N, Tuple>* ptr = nullptr;
        std::invoke(func, ptr);
        return;
    }

    if constexpr (N + 1 < std::tuple_size_v<Tuple>) {
        return runtime_tuple_element<Tuple, Func, N + 1>(func, idx);
    }
}

Answer 5

這是 C++17 解決方案，沒有編譯時遞歸（這很糟糕，因為它會降低編譯時間）並且沒有 switch-case：

template<typename TPred, typename ...Ts, size_t ...Is>
void invoke_at_impl(std::tuple<Ts...>& tpl, std::index_sequence<Is...>, size_t idx, TPred pred)
{
    ((void)(Is == idx && (pred(std::get<Is>(tpl)), true)), ...);
    // for example: std::tuple<int, float, bool> `transformations` (idx == 1):
    //
    // Is... expansion    -> ((void)(0 == idx && (pred(std::get<0>(tpl)), true)), (void)(1 == idx && (pred(std::get<1>(tpl)), true)), (void)(2 == idx && (pred(std::get<2>(tpl)), true)));
    //                    -> ((void)(false && (pred(std::get<0>(tpl)), true)), (void)(true && (pred(std::get<1>(tpl)), true)), (void)(false && (pred(std::get<2>(tpl)), true)));
    // '&&' short-circuit -> ((void)(false), (void)(true && (pred(std::get<1>(tpl)), true)), (void)(false), true)));
    //
    // i.e. pred(std::get<1>(tpl) will be executed ONLY for idx == 1
}

template<typename TPred, typename ...Ts>
void invoke_at(std::tuple<Ts...>& tpl, size_t idx, TPred pred)
{
    invoke_at_impl(tpl, std::make_index_sequence<sizeof...(Ts)>{}, idx, pred);
}

這里有幾個注意事項：

1. 您可以在 C++11 中獲得相同的結果，但不應使用 C++17 折疊表達式，您應該對本地數組使用眾所周知的“hack”（通過在數組的初始化列表中擴展一個包）。 就像是：

   std::array<bool, sizeof...(Ts)> arr = { ((Is == idx && (pred(std::get<Is>(tpl)), true)), ...) };

2. 我們對Is... pack-expansion 和pred執行都使用逗號運算符，即逗號運算符的所有操作數都將被執行，並且整個逗號表達式的結果是最后一個操作數的結果。

3. 我們將每個操作數轉換為void以使編譯器靜音（ unused expression value或類似的東西）

Answer 6

我修改了 Oktalist 的答案，使其更加強大：

• 使visit_at方法constexpr
• 允許訪問者傳遞任意數量的參數（訪問的元組元素仍然需要第一個參數）
• 允許訪問者返回一個值
• 使visit_at方法與任何std::get兼容類型（例如std::array ）兼容

為了完整起見，我也將其noexcept ，盡管這很混亂（ noexcept(auto)已經在哪里？）。

namespace detail
{
    template<std::size_t I>
    struct visit_impl
    {
        template<typename Tuple, typename F, typename ...Args>
        inline static constexpr int visit(Tuple const &tuple, std::size_t idx, F fun, Args &&...args) noexcept(noexcept(fun(std::get<I - 1U>(tuple), std::forward<Args>(args)...)) && noexcept(visit_impl<I - 1U>::visit(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...)))
        {
            return (idx == (I - 1U) ? (fun(std::get<I - 1U>(tuple), std::forward<Args>(args)...), void(), 0) : visit_impl<I - 1U>::visit(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...));
        }

        template<typename R, typename Tuple, typename F, typename ...Args>
        inline static constexpr R visit(Tuple const &tuple, std::size_t idx, F fun, Args &&...args) noexcept(noexcept(fun(std::get<I - 1U>(tuple), std::forward<Args>(args)...)) && noexcept(visit_impl<I - 1U>::template visit<R>(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...)))
        {
            return (idx == (I - 1U) ? fun(std::get<I - 1U>(tuple), std::forward<Args>(args)...) : visit_impl<I - 1U>::template visit<R>(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...));
        }
    };

    template<>
    struct visit_impl<0U>
    {
        template<typename Tuple, typename F, typename ...Args>
        inline static constexpr int visit(Tuple const&, std::size_t, F, Args&&...) noexcept
        {
            return 0;
        }

        template<typename R, typename Tuple, typename F, typename ...Args>
        inline static constexpr R visit(Tuple const&, std::size_t, F, Args&&...) noexcept(noexcept(R{}))
        {
            static_assert(std::is_default_constructible<R>::value, "Explicit return type of visit_at method must be default-constructible");
            return R{};
        }
    };
}

template<typename Tuple, typename F, typename ...Args>
inline constexpr void visit_at(Tuple const &tuple, std::size_t idx, F fun, Args &&...args) noexcept(noexcept(detail::visit_impl<std::tuple_size<Tuple>::value>::visit(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...)))
{
    detail::visit_impl<std::tuple_size<Tuple>::value>::visit(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...);
}

template<typename R, typename Tuple, typename F, typename ...Args>
inline constexpr R visit_at(Tuple const &tuple, std::size_t idx, F fun, Args &&...args) noexcept(noexcept(detail::visit_impl<std::tuple_size<Tuple>::value>::template visit<R>(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...)))
{
    return detail::visit_impl<std::tuple_size<Tuple>::value>::template visit<R>(tuple, idx, fun, std::forward<Args>(args)...);
}

DEMO （demo不是C++11（因為懶），但是上面的實現應該是）

Answer 7

我知道這個線程已經很老了，但是我在嘗試通過代碼庫中的靜態調度替換虛擬調度時偶然發現了它。

與迄今為止提出的所有解決方案相比，這個解決方案使用二分搜索而不是線性搜索，所以在我看來，它應該是O(log(n))而不是O(n) 。 除此之外，它只是Oktalist 提出的解決方案的修改版本

#include <tuple>
#include <cassert>

template <std::size_t L, std::size_t U>
struct visit_impl
{
    template <typename T, typename F>
    static void visit(T& tup, std::size_t idx, F fun)
    {
        static constexpr std::size_t MEDIAN = (U - L) / 2 + L;
        if (idx > MEDIAN)
            visit_impl<MEDIAN, U>::visit(tup, idx, fun);
        else if (idx < MEDIAN)
            visit_impl<L, MEDIAN>::visit(tup, idx, fun);
        else
            fun(std::get<MEDIAN>(tup));
    }
};

template <typename F, typename... Ts>
void visit_at(const std::tuple<Ts...>& tup, std::size_t idx, F fun)
{
    assert(idx <= sizeof...(Ts));
    visit_impl<0, sizeof...(Ts)>::visit(tup, idx, fun);
}

template <typename F, typename... Ts>
void visit_at(std::tuple<Ts...>& tup, std::size_t idx, F fun)
{
    assert(idx <= sizeof...(Ts));
    visit_impl<0, sizeof...(Ts)>::visit(tup, idx, fun);
}

/* example code */

/* dummy template to generate different callbacks */
template <int N>
struct Callback
{
    int Call() const
    {
        return N;
    }
};

template <typename T>
struct CallbackTupleImpl;

template <std::size_t... Indx>
struct CallbackTupleImpl<std::index_sequence<Indx...>>
{
    using type = std::tuple<Callback<Indx>...>;
};

template <std::size_t N>
using CallbackTuple = typename CallbackTupleImpl<std::make_index_sequence<N>>::type;

int main()
{
    CallbackTuple<100> myTuple;
    int value{};
    visit_at(myTuple, 42, [&value](auto& pc) { value = pc.Call(); });
    assert(value == 42);
}

使用此解決方案，對visit_impl的調用visit_impl為7 。 使用線性搜索方法，它將改為58 。

這里提出的另一個有趣的解決方案甚至設法提供O(1)訪問。 但是以更多存儲為代價，因為生成了大小為O(n)的函數映射。

Answer 8

對於 c++11，這里是一種返回指針的簡潔方法：

template <typename Tuple, long template_index = std::tuple_size<Tuple>::value>
struct tuple_address {
  static void * of(Tuple & tuple, long function_index) {
    if (template_index - 1 == function_index) {
      return &std::get<template_index - 1>(tuple);
    } else {
      return tuple_address<Tuple, template_index - 1>::of(tuple, function_index);
    }
  }
};
template <typename Tuple>
struct tuple_address<Tuple, 0> {
  static void * of(Tuple & tuple, long function_index) {
    return 0;
  }
};
template <typename Tuple>
void * tuple_address_of(Tuple & tuple, long index) {
  return tuple_address<Tuple>::of(tuple, index);
}

Answer 9

C++17 非遞歸

template <typename T>
inline constexpr size_t tuple_size_v = std::tuple_size<T>::value;

template <typename T, typename F, std::size_t... I>
constexpr void visit_impl(T& tup, const size_t idx, F fun, std::index_sequence<I...>)
{
    assert(idx < tuple_size_v<T>);
    ((I == idx ? fun(std::get<I>(tup)) : void()), ...);
}

template <typename F, typename... Ts, typename Indices = std::make_index_sequence<sizeof...(Ts)>>
constexpr void visit_at(std::tuple<Ts...>& tup, const size_t idx, F fun)
{
    visit_impl(tup, idx, fun, Indices {});
}

template <typename F, typename... Ts, typename Indices = std::make_index_sequence<sizeof...(Ts)>>
constexpr void visit_at(const std::tuple<Ts...>& tup, const size_t idx, F fun)
{
    visit_impl(tup, idx, fun, Indices {});
}

使用：

auto tuple = std::tuple { 1, 2.5, 3, 'Z' };
// print it to cout
for (size_t i = 0; i < tuple_size_v<decltype(tuple)>; ++i) {
    visit_at(tuple, i, [](auto&& arg) {
        using T = std::decay_t<decltype(arg)>;
        std::cout << *typeid(T).name() << arg << ' ';
    });
}

輸出： i1 d2.5 i3 cZ